CN101560054B - 一种光纤预制棒头部整形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤预制棒头部整形的方法，现有分切整形处理技术在光纤拉丝时需要更长的起头时间，造成光纤预制棒更长的起始报废光纤，本发明通过加热光纤预制棒的整形区间使其达到可拉伸的软化温度；通过拉伸加热部分并在拉伸过程中使拉力基本保持在限定值以下；在拉伸过程中，利用与加热装置处于同一平面的测量装置测量光纤预制棒的至少一个几何参数，并根据测量的几何参数控制拉力的大小和牵引速度，以及控制测量装置和加热装置的高温点处于同一平面且该平面与光纤预制棒轴线基本保持垂直；在整个整形处理过程中完全通过控制单元进行自动控制。由此提高光纤预制棒头部整形的质量，获得高质量的、让光纤拉丝满意的光纤预制棒头部形状。

Description

一种光纤预制棒头部整形的方法

技术领域

本发明涉及光纤预制棒的制作，具体说是涉及形成供光纤使用的玻璃光纤预制棒，特别是一种光纤预制棒头部整形的方法。

背景技术

在光纤预制棒的生产过程中，已知有多种处理过程，其中包括汽相轴向沉积(VAD)处理过程、外汽相沉积(OVD)处理过程、改进型化学汽相沉积(MCVD)处理过程、等离子体化学汽相沉积(PCVD)处理过程等。

许多已知的制作光纤预制棒的处理过程，都包括一个阶段，称为光纤预制棒头部整形处理。由于光纤预制棒制作过程中都会在其两端施加接尾棒，所以许多已知的制作光纤预制棒处理过程都会对成型的光纤预制棒两端进行分切整形处理。光纤预制棒两端的分切整形是获得最终光纤预制棒成品的最后处理阶段，其中，就分切整形处理本身而言，已知有各种不同的处理方法。这些处理方法包括切割处理、斜面磨削处理和加热分切整形处理等。

在已知的分切处理方法中，切割处理、斜面磨削处理是最常见的处理方式。一般来说，这种方法没有复杂的处理过程，在这种情形中，只需要使光纤预制棒紧固，然后通过给定切割刀片一个适当的切割推进速度使其沿光纤预制棒的某一个截面切割。本申请人注意到，通过这种方法在光纤拉丝的时候，需要更长的起头时间，以及造成光纤预制棒更长的起始报废光纤。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有分切整形处理技术在光纤拉丝时需要更长的起头时间，造成光纤预制棒更长的起始报废光纤的缺陷，提供一种光纤预制棒头部整形的方法，为此，本发明采用以下技术方案：

一种光纤预制棒头部整形的方法，其特征是：

通过加热装置加热光纤预制棒的整形区间，使整形区间达到可拉伸的软化温度；

通过牵引部件对光纤预制棒施加拉力拉伸所述加热部分，并在拉伸过程中使拉力基本保持在限定值以下；

在拉伸过程中，利用移动平台上与加热装置处于同一平面的测量装置测量光纤预制棒的包括所述整形区间部分轮廓的至少一个几何参数，并根据测量的几何参数控制上述拉力的大小和牵引速度；

在拉伸过程中，控制测量装置和加热装置的高温点处于同一平面且该平面与光纤预制棒轴线基本保持垂直；

在整个整形处理过程中完全通过控制单元进行自动控制。

按照本发明的处理的方式和技术，本发明强调的是加热分切整形处理的方法，包括加热光纤预制棒的某个整形区间，使整形区间达到可拉伸的软化温度，然后通过控制单元使牵引部件对光纤预制棒施加一定的拉力拉伸加热部分，并在拉伸过程中使拉力基本保持在限定值以下。

然而，本发明所阐述的方法可以大大减少起始报废光纤的长度，在加热炉内或通过喷灯装置，加热光纤预制棒的分切位置直到软化温度，然后通过牵引部件对光纤预制棒施加一定的拉力拉伸加热部分。通过该方法获得的头部成圆锥形且表面光滑无缺陷。

按照其他的分切处理方法，光纤预制棒在分切过程中不需要任何智能监控及数据图象的处理。本发明与其不同在于在整个整形过程中，都是通过控制单元进行自动控制的，包括在拉伸过程中，利用喷灯台上与加热喷灯处于同一平面的测量装置测量光纤预制棒至少一个几何参数，并根据测量的几何参数控制分切过程的拉力大小和牵引速度，且测量装置和加热装置的高温点应处于同一平面且该平面与光纤预制棒轴心基本保持垂直。

本发明方法能够获得让光纤拉丝满意的成品光纤预制棒，通过本发明的方法获得的光纤预制棒能提高光纤拉丝时的光纤利用率，按照本发明的方法还能够提高光纤预制棒头部整形的质量，通过测量装置在分切过程中的在线监控，从而获得高质量的光纤预制棒头部形状。

本发明的其他目的和优点在以下说明中将会提出，通过下面本发明的实施例的详细说明而变得显而易见，本发明的目的和优点可以通过在权利要求中所提出的方法和手段来组合实现。

附图说明

图1为实现本发明方法的装置示意图。

图2为本发明的流程控制图。

图3为光纤预制棒在头部整形过程中，软化区域测量点位置选择示意图。

图4是在光纤预制棒头部整形过程中，牵引部件的牵引力与光纤预制棒直径经过拟合后的关系曲线。

图5是在不同的控制条件下得到的三种头部外径，它表示了分切后的光纤预制棒头形是随控制条件的不同而发生变化的。

图中标号说明：1-车床，2-固定部件，3-牵引部件，4-光纤预制棒，5-光纤预制棒的一端，6-光纤预制棒主体，7-整形区间，8-光纤预制棒的另一端，9-接尾棒，10-光纤预制棒轴心线，11-移动平台，12-测量装置，13-加热装置，14-数据处理***，15-驱动器，16-驱动器。

具体实施方式

下面对本发明做进一步说明。

本发明的一种光纤预制棒头部整形的方法，其构思是：

通过加热装置13加热光纤预制棒4的整形区间7，使整形区间7达到可拉伸的软化温度；

通过牵引部件3对光纤预制棒施加拉力拉伸所述加热部分，并在拉伸过程中使拉力基本保持在限定值以下；

在拉伸过程中，利用移动平台11上与加热装置13处于同一平面的测量装置12测量光纤预制棒的包括所述整形区间7部分轮廓(例如拍摄该区域至少一部分的数字图像)的至少一个几何参数，并根据测量的几何参数控制上述拉力的大小和牵引速度；

在拉伸过程中，控制测量装置12和加热装置13的高温点处于同一平面且该平面与光纤预制棒轴线基本保持垂直；

在整个整形处理过程中完全通过控制单元进行自动控制。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加的技术特征，以便在实施上述技术方案时根据需求选用：

测量光纤预制棒的整形区间7的部分轮廓是在整形区间7的软化起始点和整形区间7的软化结束点之间的一个预定距离上，选择光纤预制棒直径的测量位置。选择的光纤预制棒直径的测量位置与加热装置13所加热整形部分的最高温度点的位置是一致的。

在牵引部件3拉伸过程中，通过调整加于光纤预制棒整形区间7的热量和测量的几何参数，使得加于光纤预制棒上的牵引力基本保持在限定值以下。

加热装置13通过燃烧加热体气体对光纤预制棒4的整形区间7进行加热，所述加热体气体的流量根据测量所得的几何参数进行控制。

操作过程中测量装置12所测得的几何参数的位置应该与整形区间7的软化起始点和整形区间7的软化结束点之间的最高温度点一致。

操作过程中所述平面的位置应是整形区间7的软化起始点和整形区间7的软化结束点之间的某个位置，且与光纤预制棒轴心线10基本保持垂直。

以下实施例是为了更好地解释本发明的实现原理，该实施例仅作为非限制性例子，结合附图举出：

现在参考附图和实例来加以说明，图1示出了实施本发明方法的简单的装置示意图。其实现方式包括加热光纤预制棒的某个整形区间，使其达到可拉伸的软化温度；然后通过牵引部件对光纤预制棒施加一定的拉力拉伸加热部分，并在拉伸过程中使拉力基本保持稳定且在某个限定值以下。更具体地说，本发明是通过图1所示的装置来实现的，图1所示的装置，它包括水平车床1，本车床有沿水平方向的与光纤预制棒轴心线10一致的固定部件2和牵引部件3。光纤预制棒4的一端5装夹在固定部件2上，装夹时须考虑装夹力的大小，既不能使光纤预制棒表面夹伤，又不能使光纤预制棒松脱。而光纤预制棒4的另一端8须用一接尾棒9接好并装夹在牵引部件3上。由此，光纤预制棒4将在与光纤预制棒轴心线10一致的方向上的固定部件2和牵引部件3之间进行拉伸。

在整形处理过程中，移动平台11可沿水平方向左右移动，移动平台上的加热装置13对光纤预制棒4的整形区间7的某一个确定位置进行加热，使其达到可拉伸的软化温度，然后通过牵引部件3对光纤预制棒4施加一定的拉力拉伸加热部分。在这个过程中，移动平台11上的测量装置12将时刻对光纤预制棒4的加热点进行在线监测，至少一个几何参数被测量，包括检测光纤预制棒分切区域内至少一部分的轮廓。数据处理***14将输入的测量数据进行读取、处理得到相应的几何参数，并将处理后的指令馈送至驱动器15和16，然后通过驱动器15和16分别驱动移动平台11和牵引部件3，从而使移动平台11和牵引部件3得到一个与之相对应的加热所需要的气体流量和牵引力。通过这种反反复复的从监测到拉伸的过程，最终将光纤预制棒头部整形为目标要求的头形形状和尺寸。

在这一过程中，移动平台11的移动方向与固定部件2和牵引部件3的同心轴也就是光纤预制棒轴心线10基本保持平行且在一个平面内。移动平台11上的测量装置12和加热装置13组成的平面应与光纤预制棒轴心线10保持垂直。

在整个整形处理过程中，通过控制单元进行自动控制可参照照图2的流程图，对于输入的测量数据，数据处理***将进行分类分步处理，测量装置至少测量光纤预制棒整形部分区域内的一个几何参数，包括从软化区域起始点到软化区域结束点之间的部分轮廓，或者整形部分的某一图像。最好是，测量装置带有一个滤波器或多个滤波器，以便改进拍摄轮廓或图像的质量。特别是，可以使用红外滤波器或偏振滤波器。这些滤波器可以根据实际需要进行选择。

在数据处理***中，可以写入自动测量监控和处理计算程序，特别是，增加一些图像和数据处理软件，可以使数据的处理更快捷和准确。从而使分切过程中尽量避免延时现象。也可以安装一些控制软件来控制热量和牵引部件，以便能按照需要设定各自的流量和移动速度，控制被整形光纤预制棒的头部形状。

应当指出，整形光纤预制棒头部的设备类型及控制手段，不应当作为对本发明的限制条件。只要是实现原理相同的任何设备类型和控制手段都可以代替。例如，可以采用纵向的拉伸设备进行竖直方向的分切整形；也可以通过类似的控制单元和处理***来实现对光纤预制棒头部的整形。

在整形处理起始时，需要很高的气体流量来确保光纤预制棒整形部分达到软化温度。由于圆柱体吸收外界热量时，径向的温度呈梯度分布，所以圆柱体的表面首先受热，随着加热器的不断供热，热量将从表面向圆柱体的中心轴传递。当光纤预制棒的中心轴位置达到软化温度时，我们就可以认为该光纤预制棒的整形区间达到了软化温度。

当光纤预制棒直径较大时，所需要的气体流量就越大。随着光纤预制棒外径的减小，开始时气体流量降低得并不是很明显，随着光纤预制棒外径的进一步减小，气体流量的降低程度也逐渐变得显著。当光纤预制棒外径接近变为零时，气体的流量也变得很小。但不能为零，至少要保证分切位置的部分处于软化状态。

事实上，气体流量随光纤预制棒外径的变化关系并不是一定的。原则上只要满足光纤预制棒头部整形这一过程的操作过程，包括加热光纤预制棒的某个整形区间，使其达到可拉伸的软化温度；通过牵引部件对光纤预制棒施加一定的拉力拉伸加热部分，并在拉伸过程中使拉力基本保持在限定值以下。我们可以根据需要选择不同的控制方式。更具体地说，我们可以选择不同的加热装置，利用加热装置的加热能力和性能来制定一套最佳的实施控制过程。

图3是根据光纤预制棒在头部整形过程中软化区域测量点位置选择的一个实施例。在该实施例中，光纤预制棒的软化区域为(X₂-X₁)，X₃为该软化区域内任意一个测量点。其中，该测量点须满足包括光纤预制棒软化区域内至少一部分轮廓。在该事实例中，选择的是光纤预制棒在该测量点处的直径D(X₃)。

事实上，在选择测量点的位置时，不必死搬硬套，测量的几何参数只要满足实际生产要求即可。比如，可选择一个测量参数，也可以选择两个或者更多的测量参数；再比如，测量参数可以是整个软化区域的完整图像，也可以是软化区域内的任意一部分轮廓。因此，在实际应用过程中，应该结合自身的工艺原理，灵活运用各种不同的测量方式。

图4表明了光纤预制棒头部整形过程中，拉伸牵引力随光纤预制棒外径变化的关系拟合曲线。在该实例中，在光纤预制棒头部整形的开始阶段和结束阶段，牵引力波动非常明显，在中间段相对平稳，没有太大的变化。最好是，在光纤预制棒头部整形过程中牵引力大小的变化能基本保持稳定。但是在很多实际应用中，为了提高工作效率，降低成本，可以对牵引力进行限定设置，使其在安全可控的范围内变化即可。

在整形过程中，可以用适当的方法来保证光纤预制棒的头部尖端部分不会偏心。例如，对沿水平方向的同心轴给以一定的旋转速度，当速度达到某一设定值时，可以认为光纤预制棒的中心轴是不变的。

图5是通过本发明所阐述的方法实施的三个实例，通过三个不同控制过程，所得到的三个光纤预制棒头形外径曲线如图5所示。

这三个实例的使用的方法和基本原理都一样，不同点在于采用了三种不同的控制参数。为了更好的说明控制过程及参数对本发明的影响，本申请人采用了三个实例来对比说明。在整形过程中，包括以下过程：加热光纤预制棒的某个整形区间，使其达到可拉伸的软化温度；通过牵引部件对光纤预制棒施加一定的拉力拉伸加热部分，并在拉伸过程中使拉力基本保持在限定值以下。更具体地说，在上述过程中，至少一个几何参数的测量，包括检测光纤预制棒整形部分区域内至少一部分的轮廓，例如拍摄该区域至少一部分的数字图像。直到将光纤预制棒完全分离为止。整形后的光纤预制棒头部外径曲线如图5的M₀所示。

在图5中，M₀、M₁、M₂分别是整形后的光纤预制棒的头部外径。在该图中，曲线M1所对应的光纤预制棒的头部轴向长度最短，曲线M₂所对应的光纤预制棒的头部轴向长度最长。控制过程不同，整形后的光纤预制棒头部形状也不同。供光纤拉丝要求的光纤预制棒头部形状，可以通过不同的控制过程和工艺参数来得到。最好是，光纤预制棒的头部形状与M₀的外径走势一致。本发明的优点就在于可以通过上述的方法来调整控制过程和工艺参数，从而获得最符合光纤拉丝要求的光纤预制棒头部形状。

在上述实施例中，按照本发明提供的一种光纤预制棒头部整形的方法，进行了一些实际操作和验证。这里所提供的实施例只是为了更好地说明本发明的实施原理和控制方法。在实际上，对于本领域熟练的技术人员来说，将很容易作出另外的改进和改型。只要在不偏离本发明在所附的权利要求书定义的范围下，可以根据具体的工艺要求对本发明所举出的实施例，以及其他的实施例作某些修改。因此，本发明在较宽的方面并不限于上述说明的特定细节和实施例。

本发明可以用于制作光纤预制棒。特别是，本发明可以用于如VAD、OVD、MCVD和PCVD等制得的光纤预制棒的头部整形处理。

Claims (7)

1.一种光纤预制棒头部整形的方法，其特征是：

通过加热装置(13)加热光纤预制棒(4)的整形区间(7)，使整形区间(7)达到可拉伸的软化温度；

通过牵引部件(3)对光纤预制棒施加拉力拉伸所述加热部分，并在拉伸过程中使拉力基本保持在限定值以下；

在拉伸过程中，利用移动平台(11)上与加热装置(13)处于同一平面的测量装置(12)测量光纤预制棒的包括所述整形区间(7)部分轮廓的至少一个几何参数，并根据测量的几何参数控制上述拉力的大小和牵引速度；

在拉伸过程中，控制测量装置(12)和加热装置(13)的高温点处于同一平面且该平面与光纤预制棒轴线基本保持垂直；

在整个整形处理过程中完全通过控制单元进行自动控制。

2.根据权利要求1所述的一种光纤预制棒头部整形的方法，其特征是所述测量光纤预制棒的整形区间(7)的部分轮廓是在整形区间(7)的软化起始点和整形区间(7)的软化结束点之间的一个预定距离上，选择光纤预制棒直径的测量位置。

3.根据权利要求2所述的一种光纤预制棒头部整形的方法，其特征是所述选择的光纤预制棒直径的测量位置与加热装置(13)所加热整形部分的最高温度点的位置是一致的。

4.根据权利要求1所述的一种光纤预制棒头部整形的方法，其特征是在牵引部件(3)拉伸过程中，通过调整加于光纤预制棒整形区间(7)的热量和测量的几何参数，使得加于光纤预制棒上的牵引力基本保持在限定值以下。

5.根据权利要求1所述的一种光纤预制棒头部整形的方法，其特征是所述的加热装置(13)通过燃烧加热体气体对光纤预制棒(4)的整形区间(7)进行加热，所述加热体气体的流量根据测量所得的几何参数进行控制。

6.根据权利要求1所述的一种光纤预制棒头部整形的方法，其特征是操作过程中测量装置(12)所测得的几何参数的位置与整形区间(7)的软化起始点和整形区间(7)的软化结束点之间的最高温度点一致。

7.根据权利要求1所述的一种光纤预制棒头部整形的方法，其特征是操作过程中所述测量装置(12)和加热装置(13)的高温点所在平面的位置是整形区间(7)的软化起始点和整形区间(7)的软化结束点之间的某个位置，且与光纤预制棒轴心线(10)基本保持垂直。

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